Metody pozyskiwania wiedzy

Prezentacja na temat: "Metody pozyskiwania wiedzy"— Zapis prezentacji:

1 Metody pozyskiwania wiedzy
bezpośrednie zapisanie wiedzy pozyskiwanie wiedzy na podstawie instrukcji pozyskiwanie wiedzy na podstawie analogii pozyskiwanie wiedzy na podstawie przykładów pozyskiwanie wiedzy na podstawie obserwacji

2 Bezpośrednie zapisanie wiedzy
uczenie na pamięć (ang. rote learning) system uczony (uczeń) otrzymuje gotową wiedzę w postaci kompletnych i spójnych zbiorów reguł zapisanych zgodnie z obowiązującymi w systemie zasadami zapisu wiedzy

3 Pozyskiwanie wiedzy na podstawie instrukcji
uczenie przez przekazanie informacji (ang. learning by being told) istotną rolę w tej metodzie odgrywa nauczyciel, który tworzy wiedzę w postaci akceptowalnej przez system ekspertowy uczeń dokonuje integracji nowej wiedzy z pewną wiedzą aprioryczną nauczyciel narzuca natomiast strukturę i charakter zapisywanej wiedzy

4 Pozyskiwanie wiedzy na podstawie analogii
polega na takiej transformacji istniejącej wiedzy, by mogła być użyteczna do opisów faktów podobnych (choć nie identycznych) proces ten może odbywać się bez nauczyciela choć wymaga aktywnego zaangażowania ucznia do wyszukiwania i „tłumaczenia” analogii

5 Pozyskiwanie wiedzy na podstawie przykładów
generuje się ogólny opis pojęć (klas) na podstawie zbioru przykładów i/lub kontrprzykładów obiektów reprezentujących te pojęcia (klasy) – metoda indukcyjna przykłady są dostarczane przez nauczyciela

6 Pozyskiwanie wiedzy na podstawie obserwacji
metoda indukcyjna oparty o przykłady (obserwacje) pochodzące ze świata zewnętrznego lub z eksperymentów – uczenie bez nauczyciela do indukcji można wykorzystywać techniki eksploracji danych (ang. data mining), grupowania, metody statystyki, sztuczne sieci neuronowe, algorytmy genetyczne

7 Przykłady metod pozyskiwania wiedzy
Algorytm ID3 Metoda generowania pokryć

8 Drzewo decyzyjne A0 Tak Nie A1,1 A1,2 Tak Nie A1,1,1 A1,1,2 C1 C2 C3

9 pi – prawdopodobieństwo wystąpienia stanu i
Algorytm ID3 - Quinlana Entropia: pi – prawdopodobieństwo wystąpienia stanu i

10 Entropia - przykład Entropia eksperymentu polegającego na losowaniu w oparciu o „rzut monetą”

11 Entropia - przykład Załóżmy, że moneta jest „oszukana” i prawdopodobieństwo wylosowania orła wynosi 1/4 a reszki 3/4 Ponieważ wiemy o oszustwie nasza niepewność jest mniejsza

12 Entropia w przypadku wielu przykładów i wielu rezultatów:
Algorytm ID3 - Quinlana Entropia w przypadku wielu przykładów i wielu rezultatów: liczba przykładów należących do klasy k liczba wszystkich przykładów

13 Entropia w ujęciu częstościowym - przykład
Załóżmy, że znamy 10 przykładów wniosków kredytowych ocenionych pozytywnie Spośród nich 6 przypadków dotyczy kredytów spłaconych, 2 spłaconych po terminie i 2 niespłaconych w ogóle

14 Entropia w ujęciu częstościowym - przykład
Załóżmy, że znamy 10 przykładów wniosków kredytowych ocenionych pozytywnie Obliczmy entropię, w przypadku gdy 3 przykłady dotyczyły kredytów spłaconych, 4 spłaconych z opóźnieniem i 3 niespłaconych

15 Znaczenie entropii Im wyższa jest miara entropii tym mniej wiemy o ocenianej sytuacji W pierwszym przypadku nie mieliśmy żadnych przesłanek by oceniać możliwość niespłacenia kredytu w oparciu o zewnętrzne informacje Wiemy jednak, że możliwość spłacenia kredytu jest znacznie wyższa niż niespłacenia czy opóźnienia

16 Algorytm ID3 - Quinlana Ilość informacji przenoszona przez warunek j na temat całego problemu: liczba przykładów potwierdzonych przez warunek j liczba przykładów zaprzeczonych przez warunek j liczba wszystkich przykładów

17 Załóżmy, że uzyskujemy następującą dodatkową informację:
spośród 10 przykładów w 6 przykładach kredyty były zabezpieczone hipoteką a w 4 nie wówczas

18 Ilość informacji przenoszona przez warunek j:
Algorytm ID3 - Quinlana Ilość informacji przenoszona przez warunek j:

19 Algorytm ID3 - Quinlana

20 Algorytm ID3 - Quinlana liczba przykładów potwierdzających, że jeżeli warunek j jest spełniony to przykład należy do klasy k liczba przykładów potwierdzających, że jeżeli warunek j nie jest spełniony to przykład należy do klasy k

21 Dodatkowe informacje Załóżmy, że w przypadku wniosków zabezpieczonych hipoteką (razem 6) 5 zostało spłaconych w terminie i jeden z opóźnieniem; natomiast kredyty nie zabezpieczone (razem 4) w jednym przykładzie został spłacony w terminie, w jednym spłacony z opóźnieniem a w dwóch niespłacony

22 Obliczenia Obliczmy ilość informacji przenoszonych przez przykłady dotyczące zabezpieczonych hipoteką kredytów – spłaconych w terminie

23 Obliczenia Obliczmy ilość informacji przenoszonych przez przykłady dotyczące zabezpieczonych hipoteką kredytów – spłaconych z opóźnieniem

24 Obliczenia Ponieważ żaden zabezpieczony kredyt nie pozostał niespłacony obliczamy łączną informację przenoszoną przez zabezpieczone kredyty

25 Obliczenia Obliczmy ilość informacji przenoszonych przez przykłady dotyczące nie zabezpieczonych hipoteką kredytów – spłaconych w terminie

26 Obliczenia Obliczmy ilość informacji przenoszonych przez przykłady dotyczące nie zabezpieczonych hipoteką kredytów – spłaconych z opóźnieniem

27 Obliczenia Obliczmy ilość informacji przenoszonych przez przykłady dotyczące nie zabezpieczonych hipoteką kredytów – niespłaconych

28 Obliczenia Obliczamy łączną informację przenoszoną przez przykłady dotyczące nie zabezpieczonych kredytów oraz ogółem przez informację o zabezpieczeniu

29 Dodatkowe informacje Załóżmy, że uzyskaliśmy dodatkową informację o przeznaczeniu kredytu; wśród 10 przykładów 5 były to kredyty konsumpcyjne a 5 na zakup samochodu Spośród kredytów konsumpcyjnych 3 zostały spłacone, 1 spłacony w terminie i jeden niespłacony Obliczmy jaką informację niesie fakt, że kredyt był konsumpcyjny

30 Obliczenia Obliczmy ilość informacji przenoszonych przez przykłady dotyczące kredytów konsumpcyjnych – spłaconych w terminie

31 Obliczenia Obliczmy ilość informacji przenoszonych przez przykłady dotyczące kredytów konsumpcyjnych – spłaconych z opóźnieniem

32 Obliczenia Obliczmy ilość informacji przenoszonych przez przykłady dotyczące kredytów konsumpcyjnych – niespłaconych

33 Obliczenia Obliczamy łączną informację przenoszoną przez przykłady dotyczące kredytów konsumpcyjnych

34 Dodatkowe informacje Załóżmy, że spośród kredytów innych niż konsumpcyjne 3 zostały spłacone w terminie, 1 z opóźnieniem i 1 w ogóle niespłacony

35 Obliczenia Obliczmy ilość informacji przenoszonych przez przykłady dotyczące kredytów innych niż konsumpcyjne – spłaconych w terminie

36 Obliczenia Obliczmy ilość informacji przenoszonych przez przykłady dotyczące kredytów innych niż konsumpcyjne – spłaconych z opóźnieniem

37 Obliczenia Obliczmy ilość informacji przenoszonych przez przykłady dotyczące kredytów innych niż konsumpcyjne – niespłaconych

38 Obliczenia Obliczamy łączną informację przenoszoną przez przykłady dotyczące kredytów innych niż konsumpcyjne oraz ogółem przez informację o rodzaju kredytu

39 Algorytm ID3 - Quinlana Warunek wyboru warunku k:

40 Porównanie dwóch informacji
Informacja o zabezpieczeniu Informacja o rodzaju kredytu

41 Przykład – dobór formy reklamy

42 Przykład – dobór formy reklamy

43 Przykład – dobór formy reklamy
Ilość informacji przenoszona przez potwierdzenie warunku 1

44 Przykład – dobór formy reklamy
Ilość informacji przenoszona przez zaprzeczenie warunku 1

45 Przykład – dobór formy reklamy
Ilość informacji przenoszona przez warunek j na temat całego problemu:

46 Przykład – dobór formy reklamy
j I-Ej 1 0,4147 2 0,1852 3 0,1140 4 0,0290 5 6 0,6548 7

47 Przykład – dobór formy reklamy

48 Przykład – dobór formy reklamy
j I-Ej 1 0,8249 2 0,3658 3 4 0,1142 5

49 Drzewo decyzyjne mieszka na wsi Nie Tak wiek<20 telewizja Tak Nie
Internet płeć=K Nie Tak wiek>30 prasa Tak Nie telewizja prasa

50 Algorytm ID3 przy ciągłych wartościach cech
Załóżmy, że cechy obiektów przyjmują wartości z pewnych ciągłych przedziałów, wówczas zbiór obiektów (przykładów) zbiór atrybutów identyczny dla wszystkich przykładów zbiór klas, do których kwalifikujemy przykłady

51 Algorytm ID3 przy ciągłych wartościach cech
wartość atrybutu j w przykładzie i numer klasy do której należy i-ty przykład

52 Algorytm ID3 przy ciągłych wartościach cech
Ponieważ dla takiego zapisu nie można wprost wykorzystać metody ID3 należy wprowadzić dodatkowo dla kolejnych atrybutów wartości w* dzielące dziedzinę na dwa rozłączne podzbiory należy tak przekształcać warunki i przykłady by możliwy był następujący zapis:

53 Przykład Należy określić zależność wielkości sprzedaży od wieku klienta, poziomu wykształcenia oraz odległości od sklepu

54 Wybór punktu podziału Badamy jaką ilość informacji na temat problemu przenosi wiek klienta. W tym celu wybieramy taki punktu podziału w* ze zbioru {20, 21, 35, 40} , który wprowadza najwięcej informacji. Uzyskujemy następujące tabele:

55 Wybór punktu podziału wg wieku

56 Wybór punktu podziału wg wieku
I-Ej 20 0,5219 21 1,063 35 40

57 Wybór punktu podziału wg wykształcenia
I-Ej 3 0,5219 4 0,7294 5

58 Wybór punktu podziału wg odległości
I-Ej 200 0,5219 400 0,3961 500 0,7294 600 0,8553

59 Koniec pierwszego etapu
Jeżeli za czynnik decydujący w pierwszym etapie o podziale przypadków wiek <35 wówczas uzyskamy następujące podzbiory

60 Kontynuacja Przedstawione procedury powtarzamy dla każdego z podzbiorów aż do pełnego rozjaśnienia problemu UWAGA: metoda nie dopuszcza przykładów sprzecznych

61 Generowanie pokryć - przykład
Wybieramy podzbiór P obiektów należących do klasy k i podzbiór M obiektów nie należących do danej klasy Z podzbioru P wybieramy dowolny przykład xr Ustalamy różnice w warunkach pomiędzy wybranym przykładem a wszystkimi przykładami z podzbioru M

62 Przykład – dobór formy reklamy

63 Generowanie pokryć - przykład
Podzbiór P – wszystkie przykłady należące do klasy telewizja xr=[wiek<20] [płeć=M] [mieszka=wieś] Ustalamy różnice dr1=[płeć=M] [mieszka=wieś] dr2=[mieszka=wieś] dr3=[wiek<20] [mieszka=wieś] dr4= [wiek<20] [mieszka=wieś] dr5= [wiek<20] [płeć=M] [mieszka=wieś]

64 Generowanie pokryć - przykład
Generujemy pokrycia wybierając po jednym warunku z każdej różnicy łącząc je każdy z każdym: z dr1 wybieramy [płeć=M] z dr2 - [mieszka=wieś] z dr3 – [wiek<20] ponieważ w kolejnych różnicach nie ma już różnych warunków uzyskujemy pokrycie: C1= [płeć=M] [mieszka=wieś] [wiek<20]

65 Generowanie pokryć - przykład
Koniunkcja warunków w pokryciu wskazuje na przykład, który na pewno nie należy do zbioru M, a należy do zbioru P. Dalej: z dr1 wybieramy [mieszka=wieś] z dr3 - [wiek<20] z dr5 – nie wybieramy [płeć=M] bo uzyskalibyśmy pokrycie C1 ponieważ w kolejnych różnicach nie ma już różnych warunków uzyskujemy pokrycie: C2= [mieszka=wieś] [wiek<20]

66 Generowanie pokryć - przykład
Pokrycie C2. informuje nas o tym, że wszystkie osoby mieszkające na wsi młodsze niż 20 lat na pewno nie preferują telewizji jako medium reklamowego. Zauważmy, że z każdej różnicy możemy wybrać warunek [mieszka=wieś] Uzyskujemy pokrycie: C3= [mieszka=wieś] co oznacza, że spełnienie tego warunku wyklucza przynależność do badanej klasy.

67 Generowanie pokryć - przykład
Wybieramy najkorzystniejsze pokrycie - C3 do lewej strony reguły dopisując warunki C3 uzyskujemy regułę [mieszka=wieś]  [reklama =Telewizja] Ze zbioru P usuwamy przykłady zgodne z regułą C3

68 Przykład – dobór formy reklamy

69 Generowanie pokryć - przykład
Podzbiór P – wszystkie przykłady należące do klasy telewizja xr=[wiek>30] [płeć=K] [mieszka=miasto] Ustalamy różnice dr1=[wiek>30] dr2=[wiek>30] [płeć=K] dr3=[wiek>30] [płeć=K] dr4= [płeć=K] dr5= [wiek>30]

70 Generowanie pokryć - przykład
Generujemy pokrycia C1=[wiek>30] [płeć=K] Wybieramy pokrycie – C1 Ze zbioru P usuwamy przykłady zgodne z regułą C1 uzyskujemy regułę [mieszka=wieś]  [wiek>30] [płeć=K] [reklama =Telewizja] Kontynuujemy działania aż do rozróżnienia wszystkich przykładów